C++编码中减少内存缺陷的方法和工具
C++语言是桌面系统，尤其是系统软件、大型应用软件的主流开发语言。C++语言以其灵活性著称，同时也更复杂。利用C++编写健壮的代码，更具有挑战性。C++允许动态内存管理， 同时也容易导致更多和内存相关的问题。一般而言， 除了系统设计上的缺陷， 基于C++的软件的缺陷和错误大部分都和内存缺陷（主要包括内存访问错误和内存泄漏两类）相关。 所以，消除代码中的内存相关缺陷，成为程序员编写、调试、维护代码中的任务，也是保证软件质量的关键。 本文的工作基于“863”计划项目“面向网络海量空间信息的大型GIS”课题。该系统是基于C++/MFC编写，开发环境是Visual Studio .net 2003。本文基于此项目的工程实践，总结了如何使用C++语言机制、开发环境和相关质量保证工具来预防、发现各种编译期、运行期和内存相关的缺陷的方法和工具。 1 遵循C++相关的编码规范和惯用法，预防缺陷 编码规范是语言相关的规则，是经过实践总结出来的经验。良好的编程标准将有效地帮助开发人员避免开发有潜在危险的代码。一般来说，为了减少内存缺陷，应该遵循下列编码规则[1]： (1)基类或者带有虚函数的类应该将其析构函数声明为虚函数。 (2)在构造函数中防止内存泄漏，在析构函数中不要抛出异常。 (3)使用对应形式的new和delete。即：用delete来释放new申请的内存，delete[]释放new[]申请的内存。 (4)指针在使用前必须初始化，指向动态内存的指针在释放后应立即置为空。 (5)如果类构造函数中分配了资源，那么需要显式提供拷贝构造函数和赋值操作符，并且在析构函数中释放资源。 值得重视的是C++中的惯用法RAII。RAII核心思想是利用对象来管理资源，在对象的构造函数中获取资源，在其析构函数中释放资源[2]。为了保证动态申请的内存能在即使出现异常的情况下仍能释放，比较理想的方法是使用局部变量来管理动态内存的所有权(ownership)，就是所谓的智能指针。STL中的auto_ptr就是为解决资源所有权问题设计的，但是缺少对引用数和数组的支持并且不能用在STL容器中。Boost库[3]提供的智能指针相对成熟，实用价值高。其中，shared_ptr线程安全并且可以用在STL容器中。具体示例参考文献[3]。 1.1 编码规范检查工具 CodeWizard CodeWizard能够对源程序直接进行自动扫描、分析和检查。一旦发现违例，产生信息告知与哪条规则不符并作出解释。以CodeWizard 4.3 为例，其中内置了超过500条编码标准。CodeWizard可以选择对于当前的工程执行哪些编码标准。CodeWizard可以和VC++紧密集成，安装完毕以后，VC++中有CodeWizard工具条。 1.2 代码检查工具 PC-Lint PC-Lint可检查编译器不易发现的错误。PC-Lint可对100多个C库函数进行检查，可以发现标准C/C++代码中的1 000多个常见错误。要把PC-lint和Visual Studio集成在一起，需要自己配置。Jon Zyzyck提供了一个报告生成器，可以帮助完成这个工作。可在http://www.ddj.com下载。文献[4]说明了如何在VC++环境中集成PC-Lint。 2 利用语言机制、开发环境和相关工具以预防和发现内存缺陷 发现问题是解决问题的前提。相对于修复内存缺陷，发现内存缺陷并准确定位导致缺陷的代码更为费时费力。及早准确地发现内存缺陷，对于提高开发效率非常重要。 2.1 利用断言及早暴露内存缺陷 断言是布尔调试语句，用来检测在程序运行的时候某一条件的值是否总为真。断言经常用来确认函数的输入、输出，检查对象的当前状态是否合法等。 在以下的场景使用断言可以帮助发现和内存非法访问相关的错误： (1)验证指针是否可读/写。在函数的入口处，经常需要验证指针所指向的内容区域是否可读/写。 通常采用assert（p!= NULL)的检测形式。 但是，指针的值不为空并不代表指针指向了合法可读/写内存。Win32 API提供了函 |
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